极限竞争下的机器 ——快速响应的运动控制
文:/贝加莱工业自动化(中国)有限公司2025年第五期
摘要:机器的速度和精度,总是一对矛盾体,因此,为了解决这一矛盾就需要不断地降低系统的采样和控制周期的时间,此所谓“天下武功,唯快不破”。而伺服驱动系统的更快响应速度,就能为更高精度的加工提供更强大的响应能力。
过去的20年里,贝加莱所经历的客户行业,其机械速度都在不断的提升,也陪伴着中国制造业的强势崛起。表1中,显示了作为参与者所见到的这种变化,虽然速度仅仅只是衡量机器性能的一个维度——但是,速度的提升会带来众多的控制难题需要解决。
对于高速机器而言,“失之毫厘差之千里”,在高速、高精度的制造业里,电气传动控制的水平决定了机器所能达到的水平。为此,贝加莱的运动控制ACOPOS家族一直在这个过程中扮演着默默却举足轻重的角色。
1 50μS响应能力
早在2014年,贝加莱推出的ACOPOS P3系列伺服驱动器,就以50μS的位置环响应速度而在伺服驱动业界达到了一个新高度(图1)。
机器的速度和精度,总是一对矛盾体,因此,为了解决这一矛盾就需要不断地降低系统的采样和控制周期的时间,此所谓“天下武功,唯快不破”。而伺服驱动系统的更快响应速度,就能为更高精度的加工提供更强大的响应能力。
贝加莱ACOPOS系列伺服驱动器内置的SPT智能路径技术(图2),能够为驱动系统提供本地的任务编排功能,运行在驱动器内,确保了驱动器无需主站协调的高速响应能力。
同时,SPT智能路径也是可以被以拖拽的方式进行编排的,这对于用户而言,令到复杂的运动控制也会变得更为简单的实现。
2 ACOPOS系列的分布式智能架构
与市场上很多采取集中式控制架构的运动控制系统不

同,ACOPOS系列伺服驱动具有强大的本地智能功能。对于ACOPOS系列而言,像电子齿轮、电子凸轮(CAM)同步、运动控制的PID、鼓序列发生器等功能,均可以在驱动器内部编程并运行;而非依赖于主站的协同,主站在这里更多的是执行“整机任务编排”的职能,将作业参数下发给驱动系统,并监控运行过程。
举例:电子凸轮同步裁切
如图3所示,很多厂商实现这个任务,通常需要将速度同步的外接编码器接入到PLC的I/O模块中,被PLC的处理器扫描。而贝加莱的ACOPOS P3伺服驱动器则有可外接编码器的预留口,这使得外接编码器可以直接被接入到ACOPOS P3驱动器中,由驱动器直接对其进行内部的同步运算。
这种架构会带来更快的响应速度,因为它省略了上传主站进行协调所需的通信时间,包括外接编码器、色标传感器(驱动器Trigger直接接入)。
这类应用场景包括:
· 纸张印刷裁单张;
· 圆盘贴标机瓶子的定位;
· 立式/水平包装热封动作;
· 切纸机 ……
3 交叉通信带来的同步性协作
交叉通信带来的同步性协作在高速机电控制系统中,运动控制的三环控制、通信循环、控制任务的循环,要保持较为合理的匹配,才是最优的系统。而ACOPOS伺服驱动系列所支持的POWERLINK则是一个采用广播帧的网络,它意味着可以实现“交叉通信”,即在多达数十个乃至数以百计的轴要实现定位与同步控制。
这种同步能力的应用场景包括:
· 在高端的凹版印刷机的电子轴同步领域;
· 流延膜双向拉伸线;
· 碳纤维多轴向经编机系统;
· 锂电池/电容器的湿法隔膜线;
· 高速卷绕头 ……
交叉通信并不需要花费时间将每个轴的信息发送至主站,而是通过广播让每个其他轴“听到”,帧中包含了目标地址。这种无需主站即可实现的同步控制功能,大幅提高了机器的响应效率。


而贝加莱ACOPOS驱动系统,并非是一个简单的伺服执行机构,它的超高速闭环控制,以及分布式控制、集中管理的机器架构,让机器在既能实现高性能的同时,又给了主站更为自由的空间,能够设计更为智能的工艺任务、提高HMI交互的易用性,以及与其它单元的协作功能等等。
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